降雨入渗强度_持续小强度降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的动态影响

　　摘 要：以含水量作为土体抗剪强度的主要控制参量，分析了边坡含水量和抗剪强度随降雨时间的变化特性，建立了持续小强度降雨入渗条件下非饱和边坡土的总凝聚力和内摩擦角与时间的关系。随着降雨持续进行，边坡降雨影响区域扩大。通过FLAC3D进行强度折减，得到了持续降雨过程不同时间段的边坡动态安全系数和边坡失稳前的持续时间。工程计算结果表明，持续小强度降雨条件下边坡临界滑动面仍处在非饱和状态。
　　关键词：降雨；降雨入渗；边坡稳定；强度折减；安全系数
　　中图分类号：TU 433
　　文献标志码：A
　　文章编号：1674-4764（2012）04-0019-05
　　Dynamic Influence of Sustained Small-Rainfall Infiltration on Stability of Unsaturated Soil Slope
　　LIU Zizhen1a,1b,2, YAN Zhixin1a,1b, PENG Ningbo1a,1b, DUAN Jian1a,1b, REN Zhihua1a,1b
　　(1a. Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China, Ministry of Education;
　　1b. School of Civil Engineering and Mechanics, Lanzhou University, Lanzhou 730000, P.R. China;
　　2. School of Civil Engineering and Architecture, Taizhou University, Taizhou 318000, Zhejiang, P.R. China)
　　Abstract:Taking the moisture content as main control parameter of shear strength of the soil, we analyze the variational properties of moisture content and shear strength with the change of rainfall time during the small sustained rainfall infiltration, and establish the relationships between total cohesion as well as effective angle of friction and the time of sustained small-rainfall infiltration into an unsaturated slope. With the rainfall infiltration, the influence area of slope expands. Through the strength reduction method based on FLAC3D, the dynamic safety factor of slope in different time and the duration time before the failure of the slope are obtained. The results show that the slope critical sliding surface is yet unsaturated during a sustained small rainfall.
　　Key words:rainfall; rainfall infiltration; slope stability; strength reduction; safety factor
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　　持续降雨入渗导致滑坡是重大地质灾害之一，降雨诱发滑坡灾害的形成机理和准确预测仍然是一大难题。在雨水的不断侵蚀下，土边坡的地质特性和物理力学特性也在不断变化。持续降雨渗入边坡后，一方面，雨水入渗对土体有切割作用；另一方面，坡体含水量增加，负孔隙水压力减小，使土体的抗剪强度处于动态降低过程，最终导致边坡失稳。国内外学者针对降雨诱发的饱和非饱和土边坡失稳作了大量的研究。Fredlund等［1-3］提出了双变量非饱和土抗剪强度公式，建立了土体含水量与抗剪强度的关系，拟合了土-水特征曲线方程，随着雨水渗入边坡后，土体内的基质吸力不断降低，导致土体抗剪强度降低。Au［4］全面分析了暴雨引发香港边坡失稳灾害情况。Collins等［5］研究了降雨引发滑坡的原理，认为降雨形成的孔隙水压力影响了边坡稳定，并通过极限平衡理论和有限元方法分析降雨条件下的边坡稳定性。Mohamed等［6］通过改装试验研究了不饱和土抗剪强度与水土特征曲线的关系。Chu-Agor等［7］、Huang等［8］、Oh等［9］等分析了降雨入渗对土体抗剪强度及边坡稳定性的影响。吴宏伟等［10］研究了雨水入渗对非饱和土坡的参数影响。李萍等［11］运用饱和非饱和渗流有限元法模拟土质高边坡的降雨渗流场。李兆平等［12］以土壤体积含水率作为控制变量，应用非饱和土水分运动基本理论建立了降雨入渗过程中土体瞬态含水率的计算模型，并通过实际工程，讨论了降雨入渗对土质边坡稳定性的影响。
　　以上研究主要基于非饱和土理论和渗流理论，考虑降雨入渗过程中孔隙水压力增加或基质吸力减小导致的土体抗剪强度降低，没有分析小强度降雨入渗的影响，而且没有分析持续入渗时间对边坡稳定性的影响。而当降雨强度很小或降雨入渗强度较小时，非饱和土边坡内渗流场的影响较小，土体主要是吸湿过程。土体吸湿后，容重增大，力学强度显著降低，导致边坡失稳破坏。随着降雨持续进行，降雨历时、入渗强度、土体抗剪强度和边坡安全系数之间存在一定的定量关系。笔者研究了降雨入渗强度较小时，非饱和土边坡抗剪强度与含水量和降雨持续时间关系，揭示边坡失稳动态过程。运用强度折减法［13-15］求解边坡持续小强度降雨过程的渐进破坏模式及动态安全系数。